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直接甲醇燃料电池(DMFC)因其效率高、结构和操作简单而成为当今最有前景的电力输送系统之一。质子交换膜(PEM)是DMFC的关键材料,在电池中其作用有传递质子、隔开反应燃料与氧化剂,因此,PEM性能直接影响了电池的性能。迄今为止,质子交换膜应用最广泛的是全氟磺酸膜,例如杜邦公司的Nafion膜。尽管这种膜的电化学性能稳定和质子传导率高,但是在湿度低或高温下其质子传导率急剧下降、甲醇渗透高以及生产成本高,这限制了Nafion膜进一步的发展应用。因此,许多磺化聚合物及其复合材料的开发成为应用于质子交换膜中的研究热点。乙烯基加成型聚降冰片烯因其聚合链中不含双键且保留双环而具有优异的物理化学稳定性,再加上其阻醇性能好,因此,磺化后的聚降冰片烯是适合开发为直接甲醇燃料电池质子交换膜的一类材料。本文以双-(p-酮萘亚胺)镍(Ⅱ)与B(C6F5)3的二元催化体系与先进的可控催化配位法催化含有磺内酯功能化的降冰片烯(命名为SulNBOH和SulNBOMe)与2-丁氧亚甲基-5-降冰片烯(BN)乙烯基加成共聚合,得到新型的侧链含有磺内酯基团的聚降冰片烯(P(BN/SulNBOH)和P(BN/SulNBOMe)。催化体系表现出很高的催化活性(104gpolymer/molNi·h)),且共聚物的分子量很高以及分子量分布较窄。将共聚物(P(BN/SulNBOH)和P(BN/SulNBOMe))通过开环后得到高热稳定性和高机械稳定性的磺化聚降冰片烯sP(BN/NBOH)和sP(BN/NBOMe)并制备成质子交换膜。sP(BN/NBOH)和sP(BN/NBOMe)膜具有低的吸水率和较好的质子交换膜性能。其质子传导率在80℃、水溶液下测得范围为10-5至7.19×10-3.cm-1。再将磺化聚降冰片烯(SPBN)与含磺酸基团和季铵根的两性离子二氧化硅3-[[3-三甲氧基硅烷-丙基]氨基]丁烷-1-磺酸(TPABS)进行溶胶凝胶制备成更高热稳定性、更好保水性能和更高质子传导率的磺化聚降冰片烯／纳米二氧化硅(SPBN/SiO2)杂化质子交换膜。其中,SPBN/SiO2-50(TPABS相对于杂化膜基质中SPBN的质量分数为50%)表现出最好的性能,其质子传导率为6.34×10-2Scm-1,甲醇透过率为3.64×10-7cm2s-1,离子交换容量为1.21meq g-1,选择性参数为1.74×1O4S s cm-3,最后,将SPBN/SiO2-50组装成膜电极,在1M甲醇溶液和80℃下测得其电压为0.563V,功率密度为50.2mW cm-2,比Nafion117膜的功率密度低(124.2mW cm-2)。尽管这种新设计的交联膜功率密度稍低,但是其综合性能满足质子交换膜的应用要求,并有望应用于直接甲醇燃料电池中。